物理学史上的两朵乌云.ppt

,1900年，在英国皇家学会的新年庆祝会上,著名物理学家开尔文勋爵作了展望新世纪的发言:,也就是说：物理学已经没有什么新东西了，后一辈只要把做过的实验再做一做，在实验数据的小数点后面在加几位罢了！,但开尔文毕竟是一位重视现实和有眼力的科学家，就在上面提到的文章中他还讲到：,这两朵乌云是指什么呢？,一朵与黑体辐射有关， 另一朵与迈克尔逊实验有关。,然而, 事隔不到一年(1900年底)，就从第一朵乌云中降生了量子论，紧接着(1905年)从第二朵乌云中降生了相对论。经典物理学的大厦被彻底动摇，物理学发展到了一个更为辽阔的领域。正可谓“山重水复疑无路, 柳暗花明又一村,能全部吸收各种波长的辐射能而不发生反射，折射和透射的物体称为绝对黑体。简称黑体,1. 黑体辐射实验规律,不透明的材料制成带小孔的的空腔,可近似看作黑体。,黑体模型,研究黑体辐射的规律是了解一般物体热辐射性质的基础。,实验结果,黑体辐射实验是物理学晴朗天空中 一朵令人不安的乌云。,2.能量子假说：辐射黑体分子、原子的振动可看作谐振子，这些谐振子可以发射和吸收辐射能。但是这些谐振子只能处于某些分立的状态，在这些状态中，谐振子的能量并不象经典物理学所允许的可具有任意值。相应的能量是某一最小能量（称为能量子）的整数倍，即：, 1, 2, 3, . n. n为正整数，称为量子数。,对于频率为的谐振子最小能量为,能量,量子,经典,普朗克的能量子假说和黑体辐射公式,黑体辐射公式1900.10.19 普朗克在德国物理学会会议上提出一个黑体辐射公式,M.Planck 德国人 18581947,(m),1 2 3 5 6 8 9,4,7,普朗克,实验值,当光线照射在金属表面时，金属中有电子逸出的现象，称为光电效应。逸出的电子称为光电子。,1.什么是光电效应,石英窗,光线经石英窗照在阴极上，便有电子逸出-光电子。,光电子在电场作用下形成光电流。,2.光电效应的实验规律,1. 光电效应实验,将换向开关反接，电场反向，则光电子离开阴极后将受反向电场阻碍作用。,当 K、A 间加反向电压，光电子克服电场力作功，当电压达到某一值 Uc 时，光电流恰为0。 Uc称遏止电压。,遏止电压,I,Uc,O,U,光 强 较 弱,光电效应伏安特性曲线,光电效应实验装置,遏 止 电 压,光电效应的实验规律,I,I,s,U,a,O,U,光 强 较 强,光 强 较 弱,光电效应伏安特性曲线,光电效应实验装置,遏 止 电 压,饱 和 电 流,光电效应的实验规律,2. 光电效应实验规律,.光电流与光强的关系,饱和光电流强度与入射光强度成正比。,.截止频率c -极限频率,对于每种金属材料，都相应的有一确定的截止频率c 。,当入射光频率 c 时，电子才能逸出金属表面；,当入射光频率 c时，无论光强多大也无电子逸出金属表面。,光电效应是瞬时的。从光开始照射到光电逸出所需时间10-9s。,3.爱因斯坦的光量子假设,1.内容,光不仅在发射和吸收时以能量为h的微粒形式出现，而且在空间传播时也是如此。也就是说，频率为 的光是由大量能量为 =h 光子组成的粒子流，这些光子沿光的传播方向以光速 c 运动。,在光电效应中金属中的电子吸收了光子的能量，一部分消耗在电子逸出功A，另一部分变为光电子逸出后的动能 Ek 。由能量守恒可得出：,2.爱因斯坦光电效应方程,1923年，德布罗意最早想到了这个问题，并且大胆地设想，对于光子的波粒二象性会不会也适用于实物粒子。,1.物质波的引入,光具有粒子性，又具有波动性。,光子能量和动量为,上面两式左边是描写粒子性的 E、P；右边是描写波动性的 、。 将光的粒子性与波动性联系起来。,实物粒子：静止质量不为零的那些微观粒子。,一切实物粒子都有具有波粒二象性。,实物粒子的波粒二象性的意思是：微观粒子既表现出粒子的特性，又表现出波动的特性。,实物粒子的波称为德布罗意波或物质波，物质波的波长称为德布罗意波长。,2.德布罗意关系式,德布罗意把爱因斯坦对光的波粒二象性描述应用到实物粒子，,动量为 P 的粒子波长：,德布罗意公式,德布罗意是第一个由于博士论文（提出的物质波的假设）获得了诺贝尔奖。,经典力学中，物体初始位置、动量以及粒子所在力场的性质确定后，物体以后的运动位置就可确定。但对微观粒子，因具有的波动性，其坐标和动量不能同时确定。我们不能用经典的方法来描述它的粒子性。,严格的理论给出的不确定性关系为：,首先由海森堡给出(1927) 海森堡不确定性关系 (海森堡测不准关系),它的物理意义是，微观粒子不可能同时具有确定的位置和动